張 德，龍會(huì)英，曾麗萍，劉屹湘

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)研究所，云南 元謀 651399；2.元謀干熱河谷植物園，云南 元謀 651399；3.紅河學(xué)院 理學(xué)院，云南 蒙自 651199；4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 植物保護(hù)學(xué)院，云南 昆明 6502012)

磷是作物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素，在植物的生理生化調(diào)節(jié)過(guò)程中起著重要作用[1]，能夠加強(qiáng)碳水化合物的運(yùn)輸，促進(jìn)氮的吸收與生物固氮[2]。充足的磷營(yíng)養(yǎng)有利于植物抵抗外界不利環(huán)境，增強(qiáng)抗倒伏能力；而缺磷環(huán)境下植物生長(zhǎng)受到嚴(yán)重影響，果實(shí)產(chǎn)量與品質(zhì)顯著降低[3]。然而，由于化肥的過(guò)度施用，同時(shí)大量化肥施入也會(huì)影響肥料利用率，并抑制微量元素的吸收[3]，造成植物微量元素缺素[1]、土體氮淋溶加劇，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化及面源污染[4-5]等農(nóng)田生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)土壤退化問(wèn)題十分嚴(yán)重[6]。因此，有必要根據(jù)作物的植物學(xué)特征和生物學(xué)特性，尋找磷高效利用種植模式和適宜施磷量，來(lái)實(shí)現(xiàn)磷素的合理使用，以提高作物對(duì)土壤難溶性磷素的利用[7]。研究表明，玉米‖蠶豆間作具有顯著的互惠作用[8]，蠶豆能改善玉米磷營(yíng)養(yǎng)，這一促進(jìn)作用體現(xiàn)在作物根系占據(jù)土壤空間的互補(bǔ)性及蠶豆的種間根際效應(yīng)上，蠶豆的根際效應(yīng)能夠幫助玉米從土壤中獲得更多的磷[9]。蠶豆根系釋放有機(jī)酸，也能促進(jìn)難溶性磷的活化，從而有利于兩種作物的磷營(yíng)養(yǎng)[8]。因此，禾本科‖豆科間作是增加作物種植體系磷利用效率、增加磷回收率、減少環(huán)境負(fù)擔(dān)、磷肥合理使用的有效方式[10]。

扭黃茅是云南省元謀干熱河谷的優(yōu)勢(shì)多年生禾本科草本植物，作為云南本地的一種重要牧草，具備低熱耐旱耐貧瘠等優(yōu)點(diǎn)；但同時(shí)也表現(xiàn)出蛋白質(zhì)含量低的缺點(diǎn)。柱花草為多年生優(yōu)良豆科牧草，半直立草本植物，根系有根瘤，具有產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富、栽培容易的特征，集飼用、土壤改良、水土保持等多種功能，對(duì)修復(fù)退化土壤肥力起重要作用[6]。同時(shí)，柱花草根系深而發(fā)達(dá)，須根大多集中在0～25 cm，主根可深入土層50 cm以上，與扭黃茅根系的生長(zhǎng)區(qū)域相互重疊；如果將柱花草引入扭黃茅分布區(qū)域，并且粗蛋白質(zhì)含量達(dá)到16%～20%，能改善扭黃茅蛋白質(zhì)含量低的缺點(diǎn)，兩種牧草根系長(zhǎng)時(shí)間互作，有可能提高養(yǎng)分吸收利用效率。但在柱花草與扭黃茅間作中是否需要施磷？有利提高牧草產(chǎn)量和氮磷吸收的施磷量是多少？需做深入的研究。目前，元謀地區(qū)關(guān)于豆科‖禾本科牧草間作中合理施用磷肥以及磷元素吸收的研究鮮有報(bào)道。本研究在前期研究工作基礎(chǔ)上，針對(duì)不同磷環(huán)境下柱花草和扭黃茅間作的磷養(yǎng)分吸收進(jìn)行研究，旨在了解牧草種間互作對(duì)生長(zhǎng)和養(yǎng)分吸收的影響，為不同牧草優(yōu)化配置中磷肥施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于云南省元謀縣黃瓜園鎮(zhèn)小雷宰流域，北緯25°50′42″，東經(jīng)101°49′19″，海拔1 073 m，屬典型金沙江干熱河谷氣候，年均氣溫22℃，日照時(shí)數(shù)2 670.4 h，最熱月(6月)28.5℃，最冷月(12月)15.9℃，≥10℃年均積溫8 552.7℃；降雨量645 mm，集中于5—10月，占全年94.6%，干燥度4。分別于2015年和2016年進(jìn)行試驗(yàn)。樣地土壤為燥紅土，2015年種植牧草前耕層土壤全N含量0.054 %，全P含量0.22 %，有效磷(Olsen P)含量7.86 mg·kg-1，pH值6.79。2016年種植牧草前耕層土壤全N含量0.032%，全P含量0.26 %，速效P含量15.60 mg·kg-1，pH值7.01。

1.2 試驗(yàn)材料與方法

1.2.1 供試牧草 試驗(yàn)分別選用柱花草和扭黃茅。柱花草為多年生豆科牧草，半直立草本植物，根系深50 cm以上，具有產(chǎn)量高、干物質(zhì)粗蛋白質(zhì)含量高適口性好、容易栽培等特性，既可作為建植人工草地和改良天然草地的主要牧草品種，又可作為保持水土的優(yōu)良植物。禾本科牧草扭黃茅為本區(qū)域優(yōu)勢(shì)種，多年生草本，高30～100 cm，喜熱、耐旱、耐瘠，分布區(qū)覆蓋度高、侵占性強(qiáng)，易形成單優(yōu)勢(shì)種群落，產(chǎn)量高，為良等牧草[6]。

1.2.2 試驗(yàn)方法 田間試驗(yàn)采用雙因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。供試磷肥為含P2O516%的過(guò)磷酸鈣。設(shè)2個(gè)施磷水平：不施P(P0)和施P 75 kg·hm-2(P75)，此磷施用量參照夏海勇等[7]和余常兵等[11]在單作和豆科‖禾本科間作系統(tǒng)中施磷水平；設(shè)單作柱花草、單作扭黃茅和柱花草‖扭黃茅間作3個(gè)種植模式，共計(jì)6個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，18個(gè)小區(qū)。單作小區(qū)凈種10行柱花草或扭黃茅，間作小區(qū)中柱花草與扭黃茅按照1∶1比例間作，2種牧草各種植5行。2種作物株、行距都為50 cm，小區(qū)面積2 m×5 m=10 m2。2種牧草實(shí)行育苗移栽方式，2015年育苗時(shí)間為4月24日，移栽時(shí)間6月8日；2016年育苗時(shí)間為5月10日，移栽時(shí)間7月1日。每塘穴栽2株幼苗，成活后留1株，2015年11月和2016年12月收獲。試驗(yàn)地不施底肥，磷肥在整地時(shí)全部施入，小區(qū)不施農(nóng)藥和除草劑，按龍會(huì)英等[6]的方法進(jìn)行管理。

1.2.3 樣品測(cè)定指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法 在柱花草現(xiàn)莢期和扭黃茅果實(shí)始熟期采收植物，在整個(gè)小區(qū)選取中間有代表性的2行，取植物全株后清洗，用草紙擦干水氣測(cè)鮮樣重，樣品經(jīng)過(guò)70～80℃ 烘干后稱植株干重(含地上部和地下部)，折算成單位面積牧草生物量(折算公式為：10 000×4×單株生物量，生物量單位為kg·hm-2)[12]，分析樣品為植株混合樣(植株根、莖、葉、花和現(xiàn)莢期的種子)，測(cè)定植株氮、磷含量，2015年的樣品由中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所土壤與環(huán)境分析測(cè)試中心協(xié)助測(cè)試，2016年的樣品由云南悅分環(huán)境檢測(cè)有限公司協(xié)助測(cè)試。根據(jù)所測(cè)值計(jì)算不同種植模式及磷水平下的產(chǎn)量、當(dāng)量比、種間相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)能力、牧草氮磷吸收量。計(jì)算公式如下：

植株對(duì)氮磷的吸收量(kg·hm-2)=植株氮磷含量(%)×植株生物量[13]，換算為單位面積的量。

間作系統(tǒng)當(dāng)量比(Land Equivalent Ratio，LER) =(間作系統(tǒng)柱花草地上部生物量/單作系統(tǒng)柱花草地上部生物量)+(間作系統(tǒng)扭黃茅地上部生物量/單作系統(tǒng)扭黃茅地上部生物量)[14-15]。LER表征間作產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)狀況，LER>1，表明間作相比單作具有產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)；LER<1，表明間作相比單作為產(chǎn)量劣勢(shì)。

間作系統(tǒng)生產(chǎn)力(System Productivity，SP，kg·hm-2)為單位面積兩種間作作物產(chǎn)量平均值，計(jì)算公式：SP=兩種作物在間作系統(tǒng)中所占的面積比例×單位面積兩種間作牧草地上部生物量(kg·hm-2)[16]。

種間相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)能力(Aggressivity，A)是恒量一種作物相對(duì)另一種作物對(duì)資源競(jìng)爭(zhēng)能力大小的指標(biāo)，兩種作物共處期間，通過(guò)各作物地上部分生物量計(jì)算獲得種間相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)能力，計(jì)算公式：A=(間作系統(tǒng)柱花草地上部生物量/單作系統(tǒng)柱花草地上部生物量)-(間作系統(tǒng)扭黃茅地上部生物量/單作系統(tǒng)扭黃茅地上部生物量)[17]，當(dāng)A>0，表明柱花草競(jìng)爭(zhēng)能力強(qiáng)于扭黃茅，反之則弱。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行計(jì)算和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 間作與施磷對(duì)牧草生長(zhǎng)的影響

方差分析表明，相同磷水平下，相對(duì)柱花草單作，間作顯著降低了2015年柱花草生物量，但顯著提高2015年(P0水平)扭黃茅地上部生物量和2016年(P75水平)柱花草地下部生物量，其他無(wú)顯著差異(P<0.05)。分析表1和表2年平均值，柱花草具有生長(zhǎng)前期生長(zhǎng)緩慢的生物學(xué)性特征[6]，對(duì)照柱花草單作，與扭黃茅間作抑制柱花草生長(zhǎng)，從而降低柱花草地上部生物量，分別減少31.58%(P0)和30.59%(P75)，地下部生物量減少幅度分別為9.88%(P0)和21.26%(P75)；相對(duì)扭黃茅，與柱花草間作中吸收更多的土壤養(yǎng)分，促進(jìn)自身的生長(zhǎng)，增加扭黃茅生物量，地上部生物量分別提高13.12%(P0)和29.04%(P75)，地下部生物量提高為15.58%(P75)。相同種植模式下，與未施磷對(duì)比，施磷均降低柱花草地上部生物量，地上部生物量減少6.88%(單作)和5.52%(間作)，地下部生物量減少8.05%(間作)。施磷促進(jìn)了扭黃茅生長(zhǎng)，增加地上部和地下部生物量，單作地上部和地下部生物量提高14.05%，間作系統(tǒng)扭黃茅地上部和地下部生物量分別提高30.10%和25.22%。

表1柱花草‖扭黃茅與施磷對(duì)牧草地上部生物量的影響

Table1EffectofintercroppingS.guianensisandH.contortusandPonabove-groundbiomass

年份Year種植模式ModelP0/(kg·hm-2)柱花草 S. guianensis扭黃茅 H. contortusP75/(kg·hm-2)柱花草 S. guianensis扭黃茅 H. contortus2015間作 Intercropping4306.67±898.67b22380.55±7799.75a6085.65±2833.63b34171.24±6121.61a單作 Sole cropping13342.88±3817.63a20622.08±6187.52b13340.11±1106.83a26084.83±5731.40a2016間作 Intercropping15294.89±1141.94a13880.67±778.05a12432.00±2751.68a13003.33±1188.00a單作 Sole cropping15307.11±1509.93a11432.67±1553.44a13339.11±656.33a10472.00±1940.16a平均值The average間作 Intercropping9800.78±7769.8518130.61±6010.329258.83±4487.5523587.29±14967.97單作 Sole cropping14325±1388.9216027.38±6497.8913339.61±0.7118278.42±11039.94

注: P0：不施磷，P75：施磷75 kg·hm-2。同年同物種同列不同小寫(xiě)字母表示種植模式間差異顯著(P<0.05)。下同。

Notes: P0: Without P; P75: Applying P 75 kg·hm-2. Different lowercase letters in the same column indicate significant differences among planting pattern within a species in a year atP<0.05. The same below.

方差分析表明，相同種植模式下，間作對(duì)牧草根冠比無(wú)顯著影響(P<0.05)，見(jiàn)表3。分析表3平均值，與單作比較，間作增加柱花草根冠比增幅分別為28.57%(P0)和14.29%(P75)；間作提高扭黃茅根冠比6.67%(P0)，P75水平下根冠比減少15.38%。相同種植模式下，施磷減少間作系統(tǒng)柱花草根冠比11.11%，單作與間作系統(tǒng)扭黃茅的根冠比分別降低13.33%和31.25%。

2.2 間作與施磷對(duì)土地當(dāng)量比和間作系統(tǒng)生產(chǎn)力及牧草種間競(jìng)爭(zhēng)能力的影響

方差分析表明，施磷對(duì)間作系統(tǒng)的土地當(dāng)量比、間作系統(tǒng)生產(chǎn)力及牧草種間競(jìng)爭(zhēng)能力無(wú)顯著影響(P<0.05)。受種植日期的影響，2 a試驗(yàn)中，2015年兩個(gè)施肥水平的間作體系當(dāng)量比LER均小于1，而2016年兩個(gè)施肥水平的間作體系當(dāng)量比LER均大于1，平均值接近1，說(shuō)明柱花草‖扭黃茅間作系統(tǒng)具有間作優(yōu)勢(shì)。分析表4平均值，與P0水平對(duì)比，P75水平間作體系當(dāng)量比高于P0水平平均值，P75水平間作系統(tǒng)生產(chǎn)力高于P0水平17.60%，說(shuō)明施磷均提高間作系統(tǒng)生產(chǎn)力，使施肥水平生產(chǎn)力高于未施肥水平，表明施磷(P75水平)對(duì)柱花草‖扭黃茅間作體系具有一定產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。種間相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)能力是恒量一種作物相對(duì)另一種作物對(duì)資源競(jìng)爭(zhēng)能力大小的指標(biāo)[11]。表4表明，相對(duì)柱花草，與柱花草間作的扭黃茅前期生長(zhǎng)量遠(yuǎn)高于柱花草，從而抑制柱花草生長(zhǎng)，在兩種磷水平間作體系種間相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)能力均小于0，表明柱花草在本文的種植密度下為弱競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)作物。

2.3 間作與施磷對(duì)作物氮磷吸收的影響

表5和表6表明，相同磷水平下，與單作對(duì)比，間作顯著降低柱花草2015年和平均氮磷吸收量(P<0.05)。2 a平均值可見(jiàn)，兩種磷水平下，與單作相比，間作降低了柱花草氮磷吸收量，氮吸收量分別減少了34.47%(P0)和34.02%(P75)，磷吸收量減少了32.32%(P0)和38.02%(P75)；與單作對(duì)比，間作增加了扭黃茅氮和磷的吸收量，其中氮吸收量提高了11.56%(P0)和39.48%(P75)，磷的吸收量增加了20.53%(P0)。間作模式下，施磷提高間作系統(tǒng)扭黃茅氮吸收量21.51%。與未施磷比較，施磷增加單作柱花草和單作扭黃茅磷吸收量，分別提高了5.71%和5.84%，降低了間作系統(tǒng)柱花草和扭黃茅對(duì)磷的吸收，分別減少了3.18%和17.85%。

表2 柱花草‖扭黃茅與施磷對(duì)牧草地下部生物量的影響

表3 柱花草‖扭黃茅與施磷牧草的根冠比

表4 柱花草‖扭黃茅與施磷對(duì)土地生產(chǎn)力和種間競(jìng)爭(zhēng)能力的影響

注: 同列不同小寫(xiě)字母表示種植模式磷處理間差異顯著(P<0.05)

Notes: Different lowercase letters in the same column mean significant difference atP<0.05 level among P treatments under same planting pattern.

表5 間作與施磷對(duì)牧草氮素吸收的影響

表6 間作與施磷對(duì)牧草磷素吸收的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 間作與施磷對(duì)牧草生長(zhǎng)的影響

本試驗(yàn)中，一方面，2015年移栽時(shí)間是6月8日，這個(gè)時(shí)期是扭黃茅生長(zhǎng)旺盛期[6]；另一方面，扭黃茅對(duì)氮素較為敏感，2015年土壤全氮含量高于2016年，扭黃茅對(duì)氮素吸收強(qiáng)生長(zhǎng)快，而柱花草具有幼苗期生長(zhǎng)緩慢的特性，導(dǎo)致柱花草在本文種植密度下間作系統(tǒng)為弱競(jìng)爭(zhēng)作物，柱花草在間作系統(tǒng)的地上部生物量遠(yuǎn)低于單作。相同磷水平下，相對(duì)柱花草單作，間作顯著降低了2015年柱花草生物量，但顯著提高2016年(P75水平)柱花草地下部生物量；相對(duì)扭黃茅，間作顯著提高2015年(P0水平)扭黃茅地上部生物量，間作對(duì)牧草根冠比沒(méi)有顯著影響。相同種植模式下，由于柱花草前期生長(zhǎng)慢，因此無(wú)論是單作或間作，施磷均降低柱花草地上部生物量(P<0.05)；而施磷促進(jìn)了單作和間作中扭黃茅生長(zhǎng)，增加地上部和地下部生物量。

3.2 間作與施磷對(duì)牧草間作體系生產(chǎn)力的影響

磷在土壤中的擴(kuò)散系數(shù)很小，因此植物磷主要是通過(guò)根系從土壤中吸收獲得，保持根區(qū)土壤適當(dāng)?shù)牧姿侥軌蚴怪参锔底畲笙薅鹊鼗罨屠酶H土壤磷[17]。間套作是一種在我國(guó)各地廣泛運(yùn)用的種植技術(shù)模式，可以增加作物產(chǎn)量，改變土壤氮和磷的有效性[18-19]，尤其是豆科與禾本科構(gòu)成的間套作體系，可提高作物的籽粒產(chǎn)量和植株地上部生物量[20]。本試驗(yàn)中，由于柱花草在間作系統(tǒng)地上部生物量遠(yuǎn)低于單作，當(dāng)量比LER小于1；而2016年移栽時(shí)間是7月1日，這個(gè)時(shí)期扭黃茅進(jìn)入分枝期[6]，加上2016年土壤全氮含量低于2015年，扭黃茅生長(zhǎng)緩慢，間作中柱花草的生長(zhǎng)未受影響，與單作系統(tǒng)柱花草地上部生物量比較相差較小，當(dāng)量比LER大于1；與未施磷對(duì)比，施磷提高間作系統(tǒng)的當(dāng)量比和生產(chǎn)力。在本試驗(yàn)的株行距限制條件下，由于扭黃茅生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)抑制柱花草生長(zhǎng)，柱花草在與扭黃茅間作的種間競(jìng)爭(zhēng)中表現(xiàn)為弱競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)作物，所以柱花草在間作體系中相對(duì)于扭黃茅的種間競(jìng)爭(zhēng)能力A值均小于0，因此，下一步應(yīng)開(kāi)展該兩種植物發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)的最小距離研究。

3.3 間作與施磷對(duì)作物氮磷吸收的影響

一般情況下，植物間作存在地下部和地上部的相互作用，地上部主要是相互之間對(duì)光照的競(jìng)爭(zhēng)，地下部主要是對(duì)土壤養(yǎng)分和水分的競(jìng)爭(zhēng)，如地下部根系間的相互作用在間作產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)中起重要作用[21]。在間套作體系中，一種作物能改善另一種作物對(duì)土壤磷素的吸收。本試驗(yàn)表明，P0水平下，由于柱花草通過(guò)生物固氮和活化土壤難溶性磷，為扭黃茅提供了更多的氮和磷[20]，相對(duì)單作，2015年間作提高了扭黃茅對(duì)土壤氮磷的吸收，而顯著降低了柱花草氮磷吸收量(P<0.05)；P75水平結(jié)論同P0水平。同一種植模式，相對(duì)柱花草單作，施磷后提高了柱花草固氮能力，2015年氮吸收量為增加趨勢(shì)，2016年氮吸收量為降低趨勢(shì)；在與扭黃茅間作后，施磷增加2015年氮磷吸收量，2016年為減少趨勢(shì)。相對(duì)扭黃茅單作，施磷結(jié)果與柱花草單作一致；在與柱花草間作后，施磷增加2016年氮吸收量，說(shuō)明間作可以提高土壤氮磷素的利用，對(duì)修復(fù)退化土壤肥效有一定作用。